Cầu dao chân không điện áp cao — Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Trong số các thiết bị điện áp cao hiện đại được thiết kế để chuyển mạch điện trong điện, một vị trí đặc biệt được phân bổ cho bộ ngắt mạch chân không. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạng từ 6 đến 35 kV và ít thường xuyên hơn trong các sơ đồ từ 110 hoặc 220 kV.

Dòng điện cắt định mức của chúng có thể từ 20 đến 40 kA và điện trở điện động của chúng vào khoảng 50 ÷ 100. Tổng thời gian ngắt của một bộ ngắt mạch hoặc sự cố như vậy là khoảng 45 mili giây.

Mỗi pha của mạch được phân tách chắc chắn bằng chất cách điện và đồng thời tất cả các thiết bị được lắp ráp theo cấu trúc trên một ổ đĩa chung. Các thanh cái của trạm biến áp được kết nối với các đầu vào của công tắc và đầu ra kết nối với các đầu ra.

Các tiếp điểm nguồn hoạt động bên trong bộ ngắt mạch chân không được ép sát vào nhau để cung cấp điện trở tiếp xúc tối thiểu và đảm bảo dòng điện tải và dòng điện khẩn cấp đi qua đáng tin cậy.

Phần trên của hệ thống tiếp xúc được cố định vĩnh viễn và phần dưới dưới tác động của lực truyền động có thể di chuyển hoàn toàn theo hướng dọc trục.

Hình ảnh cho thấy các tấm tiếp xúc được đặt trong buồng chân không và được điều khiển bởi các thanh được điều khiển bởi lực căng của lò xo và cuộn dây của nam châm điện. Toàn bộ cấu trúc này nằm bên trong một hệ thống chất cách điện, không bao gồm sự xuất hiện của dòng điện rò rỉ.

Các bức tường của buồng chân không được làm bằng kim loại tinh khiết, hợp kim và các hợp chất gốm đặc biệt đảm bảo tính kín của môi trường làm việc trong nhiều thập kỷ. Để loại bỏ sự xâm nhập của không khí trong quá trình chuyển động của tiếp điểm di động, một thiết bị tay áo được lắp đặt.

Phần ứng của nam châm điện một chiều có thể di chuyển để đóng hoặc ngắt các tiếp điểm nguồn do sự thay đổi cực tính của điện áp đặt vào cuộn dây. Một nam châm tròn vĩnh cửu được tích hợp trong cấu trúc truyền động giữ bộ phận chuyển động ở bất kỳ vị trí nào được kích hoạt.

Hệ thống lò xo đảm bảo tạo ra tốc độ chuyển động tối ưu của phần ứng trong quá trình chuyển mạch, loại trừ hiện tượng nảy do tiếp xúc và khả năng sập cấu trúc tường.

Các mạch điện và động học với trục đồng bộ hóa và các tiếp điểm phụ bổ sung được lắp ráp bên trong thân công tắc, cung cấp khả năng giám sát và điều khiển vị trí của công tắc ở bất kỳ trạng thái nào.

Cuộc hẹn

Về nhiệm vụ chức năng của nó, máy cắt chân không không khác biệt so với các thiết bị tương tự khác của thiết bị điện áp cao. Cung cấp:

1.Thông qua đáng tin cậy của năng lượng điện định mức trong quá trình hoạt động liên tục;

2. khả năng chuyển đổi thiết bị được đảm bảo bởi nhân viên điện ở chế độ thủ công hoặc tự động trong quá trình chuyển đổi vận hành để thay đổi cấu hình của mạch làm việc;

3. tự động loại bỏ các sự cố mới nổi trong thời gian ngắn nhất có thể.

Sự khác biệt chính giữa bộ ngắt mạch chân không là phương pháp dập tắt hồ quang điện xảy ra khi các tiếp điểm bị ngắt trong quá trình tắt máy. Nếu các chất tương tự của nó tạo ra môi trường cho khí nén, dầu hoặc khí SF6, thì chân không hoạt động ở đây.

Nguyên tắc dập hồ quang trong mạch điện

Cả hai tấm tiếp xúc đều hoạt động trong môi trường chân không được hình thành bằng cách bơm khí từ bình máng hồ quang lên 10-6÷10-8 N/cm2. Điều này tạo ra độ bền điện môi cao được đặc trưng bởi các đặc tính điện môi được cải thiện.

Khi bắt đầu chuyển động từ ổ của các tiếp điểm, giữa chúng xuất hiện một khoảng cách, khoảng trống này ngay lập tức chứa chân không. Bên trong nó, quá trình bay hơi của kim loại được làm nóng từ các miếng tiếp xúc bắt đầu. Dòng tải tiếp tục chạy qua các cặp này. Nó bắt đầu hình thành các phóng điện bổ sung, tạo ra hồ quang trong môi trường chân không, tiếp tục phát triển do sự bay hơi và giải phóng hơi kim loại.

Dưới tác dụng của hiệu điện thế ứng dụng, các ion hình thành chuyển động theo một hướng nhất định, tạo ra plasma.

Trong môi trường của nó, dòng điện vẫn tiếp tục, quá trình ion hóa tiếp tục xảy ra.

Vì công tắc hoạt động trên dòng điện xoay chiều nên hướng của nó trong mỗi nửa chu kỳ sẽ bị đảo ngược.Khi sóng hình sin đi qua 0, không có dòng điện. Do đó, hồ quang bị dập tắt và đứt đột ngột, đồng thời các ion kim loại bị loại bỏ ngừng phân tách và sau 7-10 micro giây hoàn toàn lắng xuống các bề mặt tiếp xúc gần nhất hoặc các bộ phận khác của buồng dập tắt hồ quang.

Tại thời điểm này, độ bền điện môi của khe hở giữa các tiếp điểm nguồn, chứa đầy chân không, được khôi phục gần như ngay lập tức, điều này đảm bảo dòng tải cuối cùng sẽ tắt. Trong nửa chu kỳ tiếp theo của sóng hình sin không thể xảy ra hồ quang điện nữa.

Như vậy, để chấm dứt tác dụng của hồ quang điện trong môi trường chân không, khi các tiếp điểm nguồn mở ra, chỉ cần dòng điện xoay chiều đổi chiều là đủ.

Đặc điểm công nghệ của các mô hình khác nhau

Bộ ngắt mạch chân không được thiết kế để hoạt động liên tục ngoài trời hoặc trong các cấu trúc kín. Các bộ phận gắn bên ngoài được chế tạo bằng các trụ chắc chắn được làm bằng chất cách điện silicon và các hợp chất epoxy đúc được sử dụng cho công việc bên trong.

Các buồng chân không được sản xuất di động trong nhà máy, được thiết lập tối ưu để lắp đặt trong vỏ đúc. Các tiếp điểm nguồn làm bằng các loại hợp kim đặc biệt đã được đặt bên trong chúng. Nhờ nguyên tắc hoạt động và thiết kế được áp dụng, chúng cung cấp khả năng dập tắt hồ quang điện mềm, loại trừ khả năng quá điện áp trong mạch.

Thiết bị truyền động điện từ vạn năng được sử dụng trong tất cả các thiết kế máy cắt chân không. Nó giữ cho các tiếp điểm nguồn ở trạng thái đóng hoặc tắt do năng lượng của nam châm cực mạnh.

Việc chuyển đổi và cố định hệ thống tiếp điểm được thực hiện nhờ vị trí của «chốt từ», giúp chuyển mạch chuỗi nam châm để kết nối lại hoặc ngắt kết nối phần ứng di động. Các phần tử lò xo tích hợp cho phép nhân viên điện chuyển đổi thủ công.

Để điều khiển hoạt động của bộ ngắt chân không, mạch rơle điển hình hoặc điện tử, bộ vi xử lý, có thể được đặt trực tiếp trong vỏ ổ đĩa hoặc được tạo từ các thiết bị từ xa trong các tủ, khối hoặc bảng riêng biệt.

Ưu nhược điểm của máy cắt chân không

Lợi ích bao gồm:

• đơn giản tương đối của thiết kế;

• giảm tiêu thụ điện để sản xuất thiết bị chuyển mạch;

• thuận tiện trong việc sửa chữa, bao gồm khả năng thay thế khối máng hồ quang bị hỏng;

• khả năng của công tắc hoạt động theo bất kỳ hướng nào trong không gian;

• độ tin cậy cao;

• tăng khả năng chống chuyển đổi tải;

• kích thước hạn chế;

• khả năng chống cháy nổ;

• hoạt động yên tĩnh khi chuyển đổi;

• thân thiện với môi trường cao, ngoại trừ ô nhiễm khí quyển.

Nhược điểm của thiết kế là:

• dòng điện cho phép tương đối thấp của chế độ danh nghĩa và khẩn cấp;

• sự xuất hiện của đột biến chuyển mạch trong thời gian gián đoạn dòng điện cảm ứng thấp;

• giảm tài nguyên của thiết bị hồ quang về mặt loại bỏ dòng điện ngắn mạch.